DE102015117614B4 - Method for operating a permanent magnet synchronous machine, in particular a servo motor in a steering system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine (7), die Permanentmagnete und bestrombare Spulen aufweist, wobei die Synchronmaschine redundant mit mindestens zwei Teilmaschinen betrieben und die Teilmaschinen unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei für den Fall eines Funktionsverlustes in einer Teilmaschine oder einer dieser Teilmaschine zugeordneten Einheit von der weiteren Teilmaschine oder den weiteren Teilmaschinen ein maximales Drehmoment bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses maximal bereitzustellende Drehmoment in einer Übergangsphase (T2) sukzessive auf ein Grenzdrehmoment (T3) reduziert wird, das kleiner ist als das maximal von der verbliebenen Teilmaschine oder den verbliebenen Teilmaschinen dauerhaft erzeugbare Drehmomentmaximum (T1).Method for operating a permanently excited synchronous machine (7) which has permanent magnets and energizable coils, wherein the synchronous machine is operated redundantly with at least two sub-machines and the sub-machines are controlled independently of one another, wherein in the event of a loss of function in a sub-machine or a unit assigned to this sub-machine, a maximum torque is provided by the further sub-machine or the further sub-machines, characterized in that this maximum torque to be provided is successively reduced in a transition phase (T2) to a limit torque (T3) which is smaller than the maximum torque maximum (T1) that can be permanently generated by the remaining sub-machine or the remaining sub-machines.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine, insbesondere eines Servomotors in einem Lenksystem, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine permanenterregte Synchronmaschine nach Anspruch 8 und ein Lenksystem nach Anspruch 11.The invention relates to a method for operating a permanent magnet synchronous machine, in particular a servo motor in a steering system, according to the preamble of claim 1, as well as a permanent magnet synchronous machine according to claim 8 and a steering system according to claim 11.

Ein derartiges Verfahren zeigt die gattungsbildende DE 603 11 391 T2 Such a procedure shows the generic DE 603 11 391 T2

Bekannt sind zudem Verfahren zur Ansteuerung einer permanenterregten Synchronmaschine über eine feldorientierte Regelung, bei der in eine Regeleinheit die Differenz von Ist- und Sollströmen als Eingangsgröße eingeht und über eine Pulsweitenmodulation sowie eine Leistungsendstufe aus einer Batteriespannung eine Wechselspannung mit drei verschiedenen Phasen erzeugt wird, wobei jeder Phase eine Strangwicklung des Synchronmotors zugeordnet ist. Die feldorientierte Regelung wird beispielsweise in der DE 10 2013 222 075 A1 beschrieben.Methods are also known for controlling a permanent magnet synchronous machine via a field-oriented control system, in which the difference between the actual and target currents is used as an input variable in a control unit and an alternating voltage with three different phases is generated from a battery voltage via a pulse width modulation and a power output stage, with each phase being assigned to a phase winding of the synchronous motor. Field-oriented control is used, for example, in the EN 10 2013 222 075 A1 described.

Bei einem Einsatz einer permanterregten Synchronmaschine als Servomotor in einem Lenksystem erfolgt aus Sicherheitsgründen eine redundante Auslegung mit einer Unterteilung der verschiedenen Phasen des Motors in Teilmaschinen, die unabhängig voneinander angesteuert werden. Bei einem Ausfall einer Teilmaschine reduziert sich schlagartig das von dem Servomotor bereitgestellte Unterstützungsmoment, was für den Fahrer zu einem unangenehmen haptischen Effekt im Lenksystem führen kann.When a permanently excited synchronous machine is used as a servo motor in a steering system, a redundant design is used for safety reasons, with the various phases of the motor divided into sub-machines that are controlled independently of one another. If a sub-machine fails, the support torque provided by the servo motor is suddenly reduced, which can lead to an unpleasant haptic effect in the steering system for the driver.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine permanenterregte, in Teilmaschinen unterteilte Synchronmaschine in der Weise anzusteuern, dass bei einem Ausfall einer Teilmaschine ein Betrieb mit erhöhter Sicherheit gewährleistet ist.The invention is based on the object of controlling a permanently excited synchronous machine divided into sub-machines in such a way that, in the event of a sub-machine failure, operation with increased safety is ensured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 8 und 11 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved according to the invention with the features of independent claims 1, 8 and 11. The subclaims specify expedient further developments.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine verwendet, die beispielsweise als Servomotor in einem Lenksystem eingesetzt wird. Die Synchronmaschine weist vorteilhafterweise rotorseitig Permanentmagnete und statorseitig Spulen bzw. Wicklungen auf, die mit Phasenströmen beaufschlagt werden. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise über eine feldorientierte Regelung oder über eine feldorientierte Steuerung.The method according to the invention is used to operate a permanently excited synchronous machine, which is used, for example, as a servo motor in a steering system. The synchronous machine advantageously has permanent magnets on the rotor side and coils or windings on the stator side, which are supplied with phase currents. The control is preferably carried out via a field-oriented regulation or via a field-oriented control.

Die Synchronmaschine kann in Form von mindestens zwei Teilmaschinen betrieben werden, die unabhängig voneinander über jeweils eine Leistungsendstufe ansteuerbar sind. Jede Leistungsendstufe wird über eine feldorientierte Regelung betrieben. Die Aufteilung in zwei, gegebenenfalls mehr als zwei Teilmaschinen hat den Vorteil, dass auf diese Weise eine redundante Auslegung der Synchronmaschine erreicht wird, so dass auch bei Ausfall einer Teilmaschine ein Drehmoment über die verbliebene Teilmaschine erzeugbar ist. Die Aufteilung in mehrere Teilmaschinen erfolgt vorzugsweise durch Bilden von Teilmengen der Phasenströme, so dass beispielsweise im Fall von zwei Teilmaschinen eine erste Teilmenge der Phasenströme der ersten Teilmaschine und eine zweite Teilmenge der Phasenströme der zweiten Teilmaschine zugeordnet ist. Jede Teilmenge beinhaltet bevorzugt die gleiche Anzahl an Phasen. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, die Aufteilung in Teilmaschinen durch Zuordnen von Wicklungen bzw. Spulen zu jeweils einer Teilmaschine zu erreichen. Es sind auch Ausführungen mit einer Leistungsendstufe je Phase möglich.The synchronous machine can be operated in the form of at least two sub-machines, which can be controlled independently of one another via a power output stage. Each power output stage is operated via a field-oriented control system. The division into two, or possibly more than two sub-machines, has the advantage that this achieves a redundant design of the synchronous machine, so that even if one sub-machine fails, a torque can be generated via the remaining sub-machine. The division into several sub-machines is preferably carried out by forming subsets of the phase currents, so that, for example, in the case of two sub-machines, a first subset of the phase currents is assigned to the first sub-machine and a second subset of the phase currents is assigned to the second sub-machine. Each subset preferably contains the same number of phases. Additionally or alternatively, it is also possible to achieve the division into sub-machines by assigning windings or coils to one sub-machine each. Designs with one power output stage per phase are also possible.

Das Verfahren geht von einem Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine mit mindestens zwei Teilmaschinen aus, die unabhängig voneinander angesteuert werden können. Das von der Synchronmaschine erzeugte Drehmoment setzt sich durch Summation der Einzelmomente jeder Teilmaschine zusammen, wobei jede Teilmaschine das gleiche maximale Einzelmoment liefert. Für den Fall eines Funktionsverlustes in einer Teilmaschine oder einer dieser Teilmaschine zugeordneten Einheit, beispielsweise einer Logikeinheit oder einer Leistungsendstufe, kann diese Teilmaschine kein Drehmoment zum Gesamtmoment der Synchronmaschine mehr beitragen. Entsprechend reduziert sich das Drehmomentmaximum, welches von der Synchronmaschine abgegeben werden kann, auf die Summe der Einzelmomente der verbliebenen Teilmaschinen.The method assumes that the permanent magnet synchronous machine is operated with at least two sub-machines that can be controlled independently of one another. The torque generated by the synchronous machine is made up of the sum of the individual torques of each sub-machine, with each sub-machine delivering the same maximum individual torque. In the event of a loss of function in a sub-machine or a unit assigned to this sub-machine, for example a logic unit or a power output stage, this sub-machine can no longer contribute any torque to the total torque of the synchronous machine. Accordingly, the maximum torque that can be delivered by the synchronous machine is reduced to the sum of the individual torques of the remaining sub-machines.

Um einen Betrieb der Synchronmaschine mit den verbliebenen Teilmaschinen über einen langen Betriebszeitraum zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, die verbliebenen Teilmaschinen nicht mit maximaler Leistung, sondern auf einem Niveau unterhalb der maximalen Leistung zu betreiben. Bei einem Ausfall einer Teilmaschine wird daher das von den weiteren Teilmaschinen bereitgestellte Drehmoment auf ein Grenzdrehmoment reduziert, das unterhalb des maximal von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbare Drehmomentmaximums liegt. Das Grenzdrehmoment gewährleistet die Erfüllung von Minimum-Sicherheitsanforderungen. Beim Ausfall einer weiteren Teilmaschine ist der Drehmomentverlust entsprechend begrenzt.In order to ensure that the synchronous machine with the remaining sub-machines can operate over a long period of time, it is advisable not to operate the remaining sub-machines at maximum power, but at a level below the maximum power. If one sub-machine fails, the torque provided by the other sub-machines is therefore reduced to a limit torque that is below the maximum torque that can be generated by the remaining sub-machines. The limit torque ensures that minimum safety requirements are met. If another sub-machine fails, the torque loss is limited accordingly.

Damit insbesondere das subjektive Empfinden während des Abfallens des Drehmoments vom Ausgangsniveau auf das Grenzdrehmoment nicht als signifikant und störend empfunden wird, erfolgt nach dem Ausfall einer Teilmaschine die Reduzierung von dem maximal von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbaren Drehmomentmaximums auf das Grenzdrehmoment nicht schlagartig, sondern sukzessive. Der sukzessive Übergang von dem von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbaren, maximal möglichen Drehmoment auf das Grenzdrehmoment verhindert einen unkomfortablen Zustandswechsel der Synchronmaschine und verhindert dadurch beispielsweise Schreckreaktionen zum Beispiel für den Fall eines Einsatzes der Synchronmaschine als Servomotor in einem Lenksystem eines Fahrzeugs. Die Reduzierung von dem Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschinen auf das Grenzdrehmoment fällt üblicherweise geringer aus als die Reduzierung von dem Drehmomentmaximum sämtlicher Teilmaschinen bei maximaler Anforderung auf das Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschinen, wobei der sukzessive Übergang beispielsweise von einem Fahrer eines Fahrzeugs nicht oder nur als unwesentliche Reduzierung bemerkt wird.In particular, so that the subjective feeling during the drop in torque from the initial level to the limit torque is not perceived as significant and disturbing, after the failure of a sub-machine, the reduction from the maximum torque that can be generated by the remaining sub-machines to the limit torque does not occur suddenly, but gradually. The gradual transition from the maximum possible torque that can be generated by the remaining sub-machines to the limit torque prevents an uncomfortable change in state of the synchronous machine and thus prevents, for example, startle reactions in the event that the synchronous machine is used as a servo motor in a vehicle's steering system. The reduction from the maximum torque of the remaining sub-machines to the limit torque is usually less than the reduction from the maximum torque of all sub-machines at maximum demand to the maximum torque of the remaining sub-machines, whereby the gradual transition is not noticed by a driver of a vehicle, for example, or is only noticed as an insignificant reduction.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch bei einem Ausfall einer Teilmaschine ein maximaler Komfort gewährleistet.The method according to the invention ensures maximum comfort even in the event of a partial machine failure.

Das Grenzdrehmoment kann auf ein definiertes, festgelegtes Maß gesetzt werden, das beispielsweise bei 60 % oder 70 % des von den verbliebenen Teilmaschinen erzeugbaren Drehmomentmaximums liegt. Im Fall von zwei Teilmaschinen, in die die Synchronmaschine aufgeteilt ist, beträgt somit nach dem Ausfall einer Teilmaschine das Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschine 30 % oder 35 % des Drehmomentmaximums beider Teilmaschinen.The limit torque can be set to a defined, fixed value, which is, for example, 60% or 70% of the maximum torque that can be generated by the remaining sub-machines. In the case of two sub-machines into which the synchronous machine is divided, after the failure of one sub-machine, the maximum torque of the remaining sub-machine is 30% or 35% of the maximum torque of both sub-machines.

Die Reduzierung des Drehmoments von dem Drehmomentmaximum der verbliebenen Teilmaschinen auf das Grenzdrehmoment erfolgt vorzugsweise linear. Es kommen aber auch nicht-lineare Reduzierungsfunktionen in Betracht.The reduction of the torque from the maximum torque of the remaining sub-machines to the limit torque is preferably linear. However, non-linear reduction functions can also be considered.

Die in der Übergangsphase erfolgende Reduzierung des Drehmoments kann auf eine definierte Zeitspanne festgesetzt werden, die beispielsweise 1 s beträgt. Es kann zweckmäßig sein, eine Mindestzeitspanne zu definieren, um beispielsweise im Falle eines elektrischen Servomotors in einem Lenksystem einen für den Fahrer nicht oder kaum bemerkbaren Übergang bis zu dem Grenzdrehmoment durchzuführen.The reduction in torque during the transition phase can be set to a defined period of time, for example 1 s. It may be useful to define a minimum period of time in order to carry out a transition to the limit torque in a way that is not or hardly noticeable to the driver, for example in the case of an electric servomotor in a steering system.

Die Reduzierung auf das Grenzdrehmoment erfolgt für diejenigen Fälle, in denen das Anforderungsdrehmoment größer ist als das Grenzdrehmoment. Es wird somit eine Deckelung des angeforderten Drehmoments auf das Grenzdrehmoment durchgeführt.The reduction to the limit torque occurs in those cases in which the requested torque is greater than the limit torque. The requested torque is thus capped at the limit torque.

Dagegen wird vorteilhafterweise das von der mindestens einen funktionsfähigen Teilmaschine bereitgestellte Drehmoment gegebenenfalls auf ein Niveau unterhalb des Grenzdrehmoments eingestellt, falls das Anforderungsdrehmoment geringer ist als das Grenzdrehmoment. In diesen Fällen ist eine Deckelung nicht erforderlich.In contrast, the torque provided by the at least one functional sub-machine is advantageously set to a level below the limit torque if the requested torque is lower than the limit torque. In these cases, a cap is not required.

Tritt im Fall eines Anforderungsdrehmoments unterhalb des Grenzdrehmoments ein Fehler auf, wird die Verteilung des Drehmoments zwischen den Teilmaschinen zweckmäßigerweise so gestaltet, dass es in der Summe zu keiner Veränderung des abgegebenen Drehmoments kommt. Hierbei kann gegebenenfalls das Drehmoment einer Teilmaschine erhöht werden.If an error occurs when the requested torque is below the limit torque, the torque distribution between the sub-machines is designed in such a way that there is no overall change in the torque delivered. If necessary, the torque of a sub-machine can be increased.

Zweckmäßigerweise ist die Synchronmaschine in zwei Teilmaschinen unterteilt. Es kann aber auch vorteilhaft sein, mehr als zwei Teilmaschinen vorzusehen, beispielsweise vier Teilmaschinen mit beispielsweise zwei Logikeinheiten und 12 Leistungsendstufen, wobei jede Logikeinheit zwei Teilmaschinen mit jeweils drei Leistungsendstufen steuert.The synchronous machine is expediently divided into two sub-machines. However, it can also be advantageous to provide more than two sub-machines, for example four sub-machines with, for example, two logic units and 12 power output stages, with each logic unit controlling two sub-machines, each with three power output stages.

Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird das Drehmoment zwischen den verschiedenen Teilmaschinen der Synchronmaschine gleichmäßig aufgeteilt. Dies gilt im Normalbetrieb, so dass beispielsweise bei zwei ordnungsgemäß funktionierenden Teilmaschinen eine Aufteilung von 50 % des Drehmomentes auf die Teilmaschinen erfolgt. Aber auch im Fehlerfall, bei einem Funktionsverlust einer Teilmaschine, kann das Drehmoment auf die verbliebenen funktionstüchtigen Drehmaschinen in gleichmäßiger Weise aufgeteilt werden.According to yet another practical design, the torque is evenly distributed between the various sub-machines of the synchronous machine. This applies in normal operation, so that, for example, if two sub-machines are functioning properly, 50% of the torque is distributed between the sub-machines. But even in the event of a fault, if one sub-machine stops functioning, the torque can be evenly distributed between the remaining functioning lathes.

Die permanenterregte Synchronmaschine weist gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung pro Teilmaschine eine Logikeinheit und vorteilhafterweise eine oder mehrere Leistungsendstufen auf. Eine Logikeinheit kann gegebenenfalls mehrere Teilmaschinen steuern. Der Fehler bzw. Funktionsverlust kann beispielsweise in einer Logikeinheit oder einer Leistungsendstufe auftreten.According to a further advantageous embodiment, the permanent magnet synchronous machine has a logic unit and advantageously one or more power output stages for each sub-machine. A logic unit can control several sub-machines if necessary. The error or loss of function can occur, for example, in a logic unit or a power output stage.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug, mit einem elektrischen Servomotor, der als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt ist,
  • 2 ein Blockdiagramm mit einer permanenterregten Synchronmaschine, die in Form von zwei Teilmaschinen betrieben wird, wobei jeder Teilmaschine eine Logikeinheit und eine Leistungsendstufe zugeordnet ist,
  • 3 ein Schaubild mit dem Drehmomentverlauf bei voll funktionstüchtiger Synchronmaschine und bei Ausfall einer Teilmaschine,
  • 4 ein 3 entsprechendes Schaubild, jedoch zusätzlich mit eingetragenem Grenzdrehmoment,.
Further advantages and practical embodiments can be found in the further claims, the description of the figures and the drawings. They show:
  • 1 a schematic representation of a steering system in a vehicle, with an electric servo motor designed as a permanent magnet synchronous machine,
  • 2 a block diagram with a permanent magnet synchronous machine operated in the form of two sub-machines, each sub-machine being assigned a logic unit and a power output stage,
  • 3 a diagram showing the torque curve for a fully functional synchronous machine and for failure of a sub-machine,
  • 4 a 3 corresponding diagram, but additionally with limit torque entered.

Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 für ein Fahrzeug umfasst ein Lenkrad 2, eine Lenkspindel bzw. -welle 3, ein Lenk- bzw. Getriebegehäuse 4 und ein Lenkgestänge mit einer Lenkzahnstange 5, über die eine Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 6 des Fahrzeugs übertragen wird. Das Getriebegehäuse 4 nimmt ein Lenkgetriebe 8 mit einem Lenkritzel und der Lenkzahnstange 5 auf, wobei das Lenkritzel drehfest mit der Lenkwelle 3 verbunden ist und mit der Lenkzahnstange 5 kämmt.This in 1 The steering system 1 shown for a vehicle comprises a steering wheel 2, a steering spindle or shaft 3, a steering or gear housing 4 and a steering linkage with a steering rack 5, via which a steering movement is transmitted to the steerable wheels 6 of the vehicle. The gear housing 4 accommodates a steering gear 8 with a steering pinion and the steering rack 5, wherein the steering pinion is connected in a rotationally fixed manner to the steering shaft 3 and meshes with the steering rack 5.

Der Fahrer gibt über das Lenkrad 2, mit dem die Lenkwelle 3 fest verbunden ist, einen Lenkwinkel δL vor, der im Lenkgetriebe 8 im Getriebegehäuse 4 auf die Lenkzahnstange 5 des Lenkgestänges übertragen wird, woraufhin sich an den lenkbaren Rädern 6 ein Radlenkwinkel δV einstellt.The driver specifies a steering angle δ L via the steering wheel 2, to which the steering shaft 3 is firmly connected, which is transmitted in the steering gear 8 in the gear housing 4 to the steering rack 5 of the steering linkage, whereupon a wheel steering angle δ V is set at the steerable wheels 6.

Zur Unterstützung des vom Fahrer aufgebrachten Handmoments ist ein elektrischer Servomotor 7 vorgesehen, über den ein Servomoment in das Lenkgetriebe 8 eingespeist werden kann. Der elektrische Servomotor 7 ist als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, die rotorseitig Permanentmagnete und statorseitig bestrombare Spulen aufweist, welche über eine feldorientierte Regelung (FOR) angesteuert werden. Der Servomotor 7 kann gegebenenfalls auch an der Lenkwelle sitzen.To support the manual torque applied by the driver, an electric servo motor 7 is provided, via which a servo torque can be fed into the steering gear 8. The electric servo motor 7 is designed as a permanently excited synchronous machine, which has permanent magnets on the rotor side and energizable coils on the stator side, which are controlled via a field-oriented control (FOR). The servo motor 7 can also be located on the steering shaft if necessary.

Es kann zweckmäßig sein, im Lenksystem 1 einen Drehmomentsensor zur Ermittlung des vom Fahrer erzeugten Handmoments anzuordnen. Der Drehmomentsensor zur Ermittlung des Handmoments sitzt beispielsweise an der Lenkwelle oberhalb des Lenkgetriebes.It may be expedient to arrange a torque sensor in the steering system 1 to determine the manual torque generated by the driver. The torque sensor for determining the manual torque is located, for example, on the steering shaft above the steering gear.

In 2 ist die permanenterregte Synchronmaschine 7 schematisch in einem Blockdiagramm einschließlich der Ansteuerungseinheiten dargestellt. Die Synchronmaschine 7 wird in Form von zwei Teilmaschinen betrieben, wobei jede Teilmaschine jeweils mit einer Teilmenge der Phasen der Synchronmaschine angesteuert wird. Es können beispielsweise insgesamt sechs Phasen vorgesehen sein, von denen jede der beiden Teilmaschinen der Synchronmaschine 7 mit drei Phasen betrieben wird.In 2 the permanent magnet synchronous machine 7 is shown schematically in a block diagram including the control units. The synchronous machine 7 is operated in the form of two sub-machines, each sub-machine being controlled with a subset of the phases of the synchronous machine. For example, a total of six phases can be provided, of which each of the two sub-machines of the synchronous machine 7 is operated with three phases.

Jeder Teilmaschine der Synchronmaschine 7 ist eine Sensorik 9a, b, eine Logikeinheit 10a, b mit einer feldorientierten Regelung 11a, b sowie eine Leistungsendstufe 12a, b zugeordnet. Jede Sensorik 9a, b umfasst einen Rotorlagesensor zur Ermittlung der aktuellen Rotorlage der Synchronmaschine 7, einen Sollmomentsensor zur Ermittlung beispielsweise des aktuellen Handdrehmoments im Lenksystem sowie Sensoren zur Spannungs- und Strommessung. Die Logikeinheit 10a, b umfasst mit der feldorientierten Regelung 11a, b die Ansteuerungslogik für jede Teilmaschine. In der Leistungsendstufe 12a, b werden die erforderlichen Phasenströme bereitgestellt.Each sub-machine of the synchronous machine 7 is assigned a sensor system 9a, b, a logic unit 10a, b with a field-oriented control 11a, b and a power output stage 12a, b. Each sensor system 9a, b comprises a rotor position sensor for determining the current rotor position of the synchronous machine 7, a target torque sensor for determining, for example, the current manual torque in the steering system and sensors for measuring voltage and current. The logic unit 10a, b comprises the control logic for each sub-machine with the field-oriented control 11a, b. The required phase currents are provided in the power output stage 12a, b.

In einer Sollmomentvorgabe 13 in der Logikeinheit 10a wird das Sollmoment vorgegeben, das von der Synchronmaschine 7 insgesamt erzeugt werden soll. Die Sollmomentvorgabe kann aus Redundanzgründen auch in der anderen Logikeinheit 10b vorhanden sein. Die Aufteilung des Sollmomentes auf beiden Teilmaschinen der Synchronmaschine 7 erfolgt innerhalb einer Logikeinheit in der Sollmomentvorgabe. Die Übermittlung der Sollwerte an die jeweils andere Logikeinheit erfolgt über eine Verteilereinheit 14, die zwischen den Logikeinheiten 10a und 10b angeordnet ist. Im Normalfall erfolgt vorteilhafterweise eine gleichmäßige Aufteilung der Sollmomentvorgabe an die beiden Teilmaschinen.The target torque that is to be generated by the synchronous machine 7 as a whole is specified in a target torque specification 13 in the logic unit 10a. The target torque specification can also be present in the other logic unit 10b for redundancy reasons. The target torque is divided between the two sub-machines of the synchronous machine 7 within a logic unit in the target torque specification. The target values are transmitted to the other logic unit via a distribution unit 14, which is arranged between the logic units 10a and 10b. In the normal case, the target torque specification is advantageously divided evenly between the two sub-machines.

Die Sollmomentvorgabe 13 empfängt Informationen von einem Momentensensor 15a, die gegebenenfalls auch in die Sensorik 9a integriert sein können.The target torque specification 13 receives information from a torque sensor 15a, which may also be integrated into the sensor system 9a.

Auf Seiten der zweiten Teilmaschine kann aus Redundanzgründen ebenfalls ein zusätzlicher Momentensensor 15b angeordnet sein.For redundancy reasons, an additional torque sensor 15b can also be arranged on the side of the second sub-machine.

Die gezackte Wolke in der Leistungsendstufe 12b, die der zweiten Teilmaschine zugeordnet ist, symbolisiert einen Ausfall dieser Leistungsendstufe 12b, der zu einem Funktionsverlust der zweiten Teilmaschine führt. In diesem Fall kann lediglich die erste Teilmaschine der Synchronmaschine 7 Drehmoment abgeben.The jagged cloud in the power output stage 12b, which is assigned to the second sub-machine, symbolizes a failure of this power output stage 12b, which leads to a loss of functionality of the second sub-machine. In this case, only the first sub-machine of the synchronous machine 7 can deliver torque.

3 zeigt den Verlauf des Drehmoments T in Abhängigkeit der Zeit t. Der Drehmomentverlauf ist in drei Teilabschnitte T1 zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt t1, T2 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 und T3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 unterteilt. Der dargestellte Drehmomentverlauf mit den Teilabschnitten T1, T2 und T3 stellt das maximale, aktuell abgebbare Drehmoment der Synchronmaschine dar. Der erste Drehmomentabschnitt T1 liegt bei 100 % und teilt sich auf in jeweils 50 % maximale Leistungs- bzw. Drehmomentabgabe jeder Teilmaschine. Zum Zeitpunkt t1 fällt die zweite Leistungsendstufe 12b (2) aus, dementsprechend sinkt das maximal abgebbare Drehmoment auf 50 % ab, die maximal von der noch funktionstüchtigen ersten Teilmaschine erbracht werden können. Aus Sicherheitsgründen wird jedoch das maximal abzugebende Drehmoment auf 30 % reduziert, welches das von der verbliebenen ersten Teilmaschine erzeugbare Drehmomentmaximum darstellt. 3 shows the course of the torque T as a function of time t. The torque curve is divided into three sections T 1 between time 0 and time t 1 , T 2 between times t 1 and t 2 and T 3 between times t 2 and t 3 . The torque curve shown with the sections T 1 , T 2 and T 3 represents the maximum torque that can currently be delivered by the synchronous machine. The first torque section T 1 is at 100 % and is divided into 50 % of the maximum power or torque output of each sub-machine. At time t 1 the second power output stage 12b ( 2 ), accordingly the maximum torque that can be delivered drops to 50% of the maximum that can be produced by the first sub-machine that is still functioning. For safety reasons, however, the maximum torque that can be delivered is reduced to 30%, which represents the maximum torque that can be generated by the remaining first sub-machine.

Der Übergang T2 im Drehmomentverlauf von 50 % des Drehmomentmaximums der ersten Teilmaschine auf 30 % der ersten Teilmaschine erfolgt linear. Die Zeitspanne, während der der Übergang T2 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 durchgeführt wird, beträgt beispielsweise 1 s. Dieser sukzessive Übergang von 50 % Drehmomentmaximum der verbliebenen ersten Teilmaschine auf 30 %, die ein Grenzdrehmoment darstellen, verhindert einen unkomfortablen Zustandswechsel sowie Irritationen des Fahrers.The transition T 2 in the torque curve from 50% of the maximum torque of the first sub-machine to 30% of the first sub-machine is linear. The time period during which the transition T 2 is carried out between the times t 1 and t 2 is, for example, 1 s. This successive transition from 50% of the maximum torque of the remaining first sub-machine to 30%, which represents a limit torque, prevents an uncomfortable change of state and irritation for the driver.

Zum Zeitpunkt t3 fällt das Grenzdrehmoment T3 auf den Wert 0 ab. Die gezackte Wolke zum Zeitpunkt t3 symbolisiert einen weiteren Ausfall, der die erste, verbliebene Teilmaschine betrifft.At time t 3 the limit torque T 3 drops to the value 0. The jagged cloud at time t 3 symbolizes a further failure affecting the first remaining sub-machine.

Im Schaubild gemäß 4 ist zusätzlich zu dem Verlauf des Drehmoments mit den Abschnitten T1, T2 und T3 auch ein Anforderungsdrehmoment TA eingetragen, welches das tatsächlich benötigte, angeforderte Drehmoment darstellt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 liegt TA auf einem Niveau unterhalb des Grenzdrehmoments T3 und kann somit vollständig von der noch verbliebenen, intakten ersten Teilmaschine bereitgestellt werden. Eine Begrenzung des angeforderten Drehmomentes findet nur statt, falls das angeforderte Drehmoment das Grenzdrehmoment T3 übersteigen würde.In the diagram according to 4 In addition to the torque curve with the sections T 1 , T 2 and T 3 , a request torque T A is also entered, which represents the actually required, requested torque. In the embodiment according to 4 T A is at a level below the limit torque T 3 and can therefore be provided entirely by the remaining, intact first sub-machine. The requested torque is only limited if the requested torque would exceed the limit torque T 3 .

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LenksystemSteering system
22
Lenkradsteering wheel
33
LenkwelleSteering shaft
44
GetriebegehäuseGearbox housing
55
LenkzahnstangeSteering rack
66
VorderradFront wheel
77
elektrischer Servomotor/Synchronmaschineelectric servo motor/synchronous machine
88th
LenkgetriebeSteering gear
9a9a
SensorikSensor technology
9b9b
SensorikSensor technology
10a10a
LogikeinheitLogic unit
10b10b
LogikeinheitLogic unit
11a11a
feldorientierte Regelungfield-oriented control
11b11b
feldorientierte Regelungfield-oriented control
12a12a
LeistungsendstufePower amplifier
12b12b
LeistungsendstufePower amplifier
1313
SollmomentvorgabeTarget torque specification
1414
VerteilereinheitDistribution unit
15a15a
MomentensensorTorque sensor
15b15b
MomentensensorTorque sensor
T1T1
Drehmomentmaximum, maximales Drehmomentmaximum torque, maximum torque
T2T2
Übergang, Übergangsphasetransition, transition phase
T3T3
GrenzdrehmomentLimit torque
TATA
AnforderungsdrehmomentDemand torque

Claims (11)

Verfahren zum Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine (7), die Permanentmagnete und bestrombare Spulen aufweist, wobei die Synchronmaschine redundant mit mindestens zwei Teilmaschinen betrieben und die Teilmaschinen unabhängig voneinander angesteuert werden, wobei für den Fall eines Funktionsverlustes in einer Teilmaschine oder einer dieser Teilmaschine zugeordneten Einheit von der weiteren Teilmaschine oder den weiteren Teilmaschinen ein maximales Drehmoment bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dieses maximal bereitzustellende Drehmoment in einer Übergangsphase (T2) sukzessive auf ein Grenzdrehmoment (T3) reduziert wird, das kleiner ist als das maximal von der verbliebenen Teilmaschine oder den verbliebenen Teilmaschinen dauerhaft erzeugbare Drehmomentmaximum (T1).Method for operating a permanently excited synchronous machine (7) which has permanent magnets and energizable coils, wherein the synchronous machine is operated redundantly with at least two sub-machines and the sub-machines are controlled independently of one another, wherein in the event of a loss of function in a sub-machine or a unit assigned to this sub-machine, a maximum torque is provided by the further sub-machine or the further sub-machines, characterized in that this maximum torque to be provided is successively reduced in a transition phase (T 2 ) to a limit torque (T 3 ) which is smaller than the maximum torque maximum (T 1 ) that can be permanently generated by the remaining sub-machine or the remaining sub-machines. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des von der mindestens einen weiteren Teilmaschine bereitgestellten Drehmoments auf das Grenzdrehmoment (T3) in der Übergangsphase (T2) linear erfolgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the reduction of the torque provided by the at least one further sub-machine to the limit torque (T 3 ) in the transition phase (T 2 ) takes place linearly. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung des von der mindestens einen weiteren Teilmaschine bereitgestellten Drehmoments auf das Grenzdrehmoment (T3) in der Übergangsphase (T2) über eine definierte Mindestzeitspanne durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the reduction of the torque provided by the at least one further sub-machine to the limit torque (T 3 ) in the transition phase (T 2 ) is carried out over a defined minimum period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das von der mindestens einen weiteren Teilmaschine bereitgestellte Drehmoment auf das Niveau eines Anforderungsdrehmoments (TA) angepasst wird, sofern dieses unterhalb des Grenzdrehmoments (T3) liegt.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the torque provided by the at least one further sub-machine is adapted to the level of a request torque (T A ), provided that this is below the limit torque (T 3 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmaschine (7) in zwei oder vier Teilmaschinen unterteilt ist.Method according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the synchronous ma machine (7) is divided into two or four sub-machines. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment zwischen den Teilmaschinen der Synchronmaschine (7) gleichmäßig aufgeteilt wird.Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the torque is evenly distributed between the sub-machines of the synchronous machine (7). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Grenzdrehmoment (T3) 30 % oder 35 % des maximalen Drehmoments (T1) sämtlicher Teilmaschinen beträgt.Method according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the limit torque (T 3 ) is 30 % or 35 % of the maximum torque (T 1 ) of all sub-machines. Permanenterregte Synchronmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer oder mehreren Logikeinheiten (10a, 10b) für eine oder mehrere Teilmaschinen.Permanent magnet synchronous machine for carrying out the method according to one of the Claims 1 until 7 , with one or more logic units (10a, 10b) for one or more sub-machines. Synchronmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Verteilereinheit (14) das Solldrehmoment zwischen den Teilmaschinen verteilt wird.Synchronous machine according to Claim 8 , characterized in that the target torque is distributed between the sub-machines via a distribution unit (14). Synchronmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Teilmaschine über eine oder mehrere Leistungsendstufen (12a, 12b) angesteuert wird.Synchronous machine according to Claim 8 or 9 , characterized in that each sub-machine is controlled via one or more power output stages (12a, 12b). Lenksystem mit einer permanenterregten Synchronmaschine (7) als Servomotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10.Steering system with a permanent magnet synchronous machine (7) as a servo motor according to one of the Claims 8 until 10 .
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